非圆形地下洞室地层特征曲线近似构建法

弹塑性地层特征曲线完整地描述了围岩对开挖的响应特征,是地下洞室稳定性分析及支护设计的关键,但目前仅圆形洞室具有完整的地层特征曲线解析形式,非圆形洞室需要通过复杂的数值方法拟合。为提高非圆形洞室计算效率,拓展解析法的适用范围,文中基于等代圆理论探讨了非圆形洞室近似解析地层特征曲线的构建方法。首先,利用数值分析,得到地下工程中常见非圆形断面在不同跨高比条件下,洞室周边围岩压力与变形的关系,建立基于数值分析结果的地层特征曲线;然后,基于和数值分析相同的初始条件,建立各种等代圆方法对应的近似地层特征曲线;最后,通过对比及相关影响因素分析,揭示不同工况下各种等代圆方法的适用性,为构建非圆形断面地下洞室地层特征曲线的最佳近似解析形式提供了一条简便有效的途径。

基于收敛–约束原理的地下结构稳定性分析

基于Hoek-Brown岩体失效准则,根据开挖空间围岩变形压力与收敛的关系,导出了圆形隧道围岩荷载计算公式,然后利用隧道非规则断面等价圆算法,将其拓展成任意断面隧道围岩荷载确定方法。在分别建立起锚杆、喷射混凝土及钢拱架等支护单元特征函数的基础上,基于并联模型导出了锚喷组合支护结构刚度、抗力计算公式。根据开挖面的空间效应建议了支护特征曲线起点确定方法。利用上述成果,结合收敛–约束原理构建了支护结构稳定性系数计算方法,克服了基于岩体分级类比的地下结构支护设计方法不能定量评价其安全程度的缺陷。通过案例分析,示范了所构建方法的操作和运行过程,并初步验证了其有效性。